現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)負(fù)面效應(yīng)研究及其對(duì)策.pdf

1、隨著變頻器的小型化、多功能化、高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字化，使變頻器的靈活性和適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的使用越來(lái)越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用PWM控制技術(shù)，它可以改善變頻器的輸出波形，與其它控制形式的變頻器相比，可降低電動(dòng)機(jī)諧波損耗，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，簡(jiǎn)化逆變器結(jié)構(gòu)，加快調(diào)節(jié)速度，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 但在PWM變頻器的廣泛使用中，發(fā)現(xiàn)其帶來(lái)一些顯著的負(fù)面效應(yīng)。首先，在 PWM 變頻器與電動(dòng)機(jī)之間需長(zhǎng)線(xiàn)電

2、纜傳輸時(shí)在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生過(guò)電壓，加劇了電動(dòng)機(jī)繞組絕緣壓力；其次，電壓源型PWM變頻器會(huì)產(chǎn)生高頻共模電壓，它會(huì)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高的軸電壓，并形成軸承電流，使電動(dòng)機(jī)的軸承在短期內(nèi)造成電氣原因的損壞，縮短電機(jī)使用壽命。再次，高速開(kāi)關(guān)的電力電子器件產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾(EMI)。傳導(dǎo)性EMI和輻射性EMI會(huì)干擾其他控制系統(tǒng)或電子設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致誤動(dòng)作。上述PWM變頻所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)使系統(tǒng)可靠性下降，故障率增加，但往往被變頻器的使用者忽視

3、，然而它所帶來(lái)的實(shí)際損失可能大大超過(guò)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)本身的成本。因此，研究PWM變頻器產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)及其解決方法具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 首先，利用傳輸線(xiàn)理論，研究了逆變器在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，即把 PWM 變頻器輸出的 PWM 電壓脈沖信號(hào)看作是在長(zhǎng)線(xiàn)電纜上傳輸?shù)男胁?，由于長(zhǎng)線(xiàn)電纜的分布參數(shù)，使電壓行波在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生反射現(xiàn)象，反射波與入射波疊加，使電動(dòng)機(jī)端電壓近似加倍，從而在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生過(guò)電壓、高頻阻尼振蕩等現(xiàn)象

4、，大大加劇了電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣壓力，使電動(dòng)機(jī)絕緣過(guò)快損壞，降低了電機(jī)的使用壽命。理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)研究表明，電動(dòng)機(jī)端過(guò)電壓與PWM變頻器采用的開(kāi)關(guān)器件上升時(shí)間和PWM變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度密切相關(guān)，上升時(shí)間越短，電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電壓反射現(xiàn)象越顯著，過(guò)電壓也越高。研究了電壓源型PWM逆變器輸出產(chǎn)生的共模電壓及其負(fù)面效應(yīng)的本質(zhì)，揭示了共模電壓的本質(zhì)及其抑制方法，并得出共模電壓是逆變器輸出負(fù)面效應(yīng)的產(chǎn)生的根源的結(jié)論。為消除PWM變頻器長(zhǎng)線(xiàn)

5、傳輸時(shí)在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生的過(guò)電壓等負(fù)面效應(yīng)，提出了一種以差模濾波為主，兼有抑制共模電壓作用的逆變器輸出無(wú)源濾波器。該濾波器是在基本RLC濾波器基礎(chǔ)上通過(guò)在濾波電感上增加附加繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是將兩種濾波作用有機(jī)結(jié)合。仿真及試驗(yàn)表明，在滿(mǎn)足差模濾波要求的同時(shí)，可減小共模電壓有效值約60％。文中示出了該濾波器的基本結(jié)構(gòu)及其差模和共模等效電路，分析了差模和共模電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，給出了濾波器參數(shù)的工程計(jì)算方法及部分試驗(yàn)結(jié)果。 鑒于兩電平逆變器

6、的輸出共模電壓只能依靠外接濾波器進(jìn)行消除，研究了共模電壓的三電平抑制技術(shù)。利用三電平逆變器的有效開(kāi)關(guān)狀態(tài)，分析了三電平逆變器中產(chǎn)生共模電壓的原因，得出奇數(shù)電平逆變器可以通過(guò)軟件的方法來(lái)抑制共模電壓的結(jié)論。針對(duì)常用逆變器控制策略-SPWM 和 SVM，分別提出了降低和消除共模電壓的改進(jìn)策略，并用仿真結(jié)果驗(yàn)證了其正確性。并對(duì)不同的策略進(jìn)行了對(duì)電機(jī)性能影響的比較，驗(yàn)證了所提策略的可用性。 分析了矩陣變換器共模電壓產(chǎn)生的機(jī)理。對(duì)雙電壓控